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Verfahren zur Herstellung von nebennierenrindenhormonwirksamen Steroiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von 11-Ketodiosgenin, seinen
räumlichen Seitenkettenisomeren oder deren Estern in Cortison oder dessen Ester.
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Wenn 11-Ketodiosgenin über 11-Ketotigogenin in Cortison übergeführt
wird, gehen dabei die Vorteile seiner funktionellen olefinischen Gruppe verloren.
Erfindungsgemäß kann 11-Ketodiosgenin auf einem neuen Wege über neue Zwischenprodukte
in Cortison übergeführt werden, wobei der Vorteil des natürlich dabei auftretenden
Systems mit einer funktionellen Hydroxylgruppe in 3-Stellung und einer olefi.nischen
in 5(6)-Stellung voll ausgenutzt wird. Ein Vorteil des Systems mit einer Hydroxylgruppe
in 3-Stellung und einer olefinischen in 5(6)-Stellung besteht darin, daß es leicht
durch Oppenauer-Oxydation in einem Schritt mit hoher Ausbeute in das 44-3-Ketonsystem
übergeführt werden kann, das für die physiologische adrenocortische Hormonaktivität
des Cortisons erforderlich ist. Diese einstufige Umwandlung steht im Gegensatz zu
den vielfachen Verfahrensstufen, die bei bekannten Verfahren zur Umwandlung von
11-Ketotigogeninderivaten in die 44-3-Ketonverbindungen notwendig sind. Diese vielfachen
Verfahrensstufen umfassen (1) Oxydation zu dem gesättigten 3-Keton, (2) Dibromierung
in 2- und 4-Stellung, (3) Umsetzung mit Natriumjodid unter gleichzeitigem Ersatz
des 2ständigen Bromatoms durch ein Jodatom und Einführung einer 5(6)ständigen Doppelbindung
und (4) reduktive Entfernung des Jodatoms, um das gewünschte d 4-3-Ketonsystem des
Cortisons zu erhalten.
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E v an s u. a. (vgl. J. Chem. Soc. [London], S.4356,1956) erhielten,
indem sie die Schwierigkeiten des Mehrstufenverfahrens zur Einführung der 4 ständigen-Doppelbindung
untersuchten, nach den Standardmethoden nur eine Umsetzung von 100/0. Nach neueren
verbesserten Verfahren steigerten Ev ans u. a. die Ausbeute an rohem Cortisonacetatfür
das Vierstufenverfahren auf 500[" aber selbst dabei wurde die Ausbeute durch Reinigung
ihres rohen Cortisonsacetats (mit Girard-Reagenz) weiter halbiert.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß diese
mehrfachen Stufen, die niedrige Ausbeuten liefern, vermieden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
in bekannter Weise 11-Ketodiosgenin, seine räumlichen Seitenkettenisomeren oder
deren Ester abbaut, den erhaltenen niederen Alkanoylester des 5,16-Pregnadien-3-ol-11,20-dions
gegebenenfalls mit Alkali vor oderwährend der Epoxydation der 16ständigen Doppelbindung
verseift, die erhaltene 16,17-Epoxyverbindung spaltet, das erhaltene 3ß,17a-Dihydroxy-5-pregnen-11,20-dion
selektiv an der 3ß-ständigen Hydroxylgruppe vorzugsweise mit Ameisensäure verestert,
das 3-Formiat mit Brom, vorzugsweise in einem inerten Lösungsmittel, unter Bildung
eines 21-Bromids in situ bromiert und die 21ständige Bromgruppe durch eine Alkanoyloxygruppe
ersetzt, die 17a-ständige Hydroxylgruppe mit einer Fettsäure oder deren Derivaten
verestert, das erhaltene 17a,21-Dialkanoyloxy-3ß-formoxy-5-pregnen-11,20-dion nach
O p p e n au er oxydiert und gegebenenfalls das erhaltene Cortison-17a,21-dialkanoat
verseift.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des nachfolgenden Reaktionsschemas
näher erläutert.
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Nach diesem Reaktionsschema wird 11-Ketodiosgeninacetat (I) in an
sich bekannter Weise zu der neuen Verbindung 3ß-Acetoxy-5,16-pregnadien-11,20-dion
(II) abgebaut. Es ist weder erwünscht noch erforderlich, im Verlaufe dieser Umwandlung
von Sapogenin in Pregnadien Zwischenprodukte zu isolieren. Das 5,16-Dien, das mit
55 °/aiger oder höherer Ausbeute isoliert wurde, wird mit alkalischem Wasserstoffperoxyd
behandelt, wobei nur die 16,17ständige Doppelbindung selektiv epoxydiert und das
3ß-Acetoxy-16a,17a-epoxy-5-pregnen-11,20-dion (III) mit $4°/o Ausbeute erhalten
wird. Das Produkt wird in nahezu 100°/oiger Ausbeute zum 16a,17a-Epoxy-3ß-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(IV) verseift. Durch Behandlung von IV mit Bromwasserstoffsäure und anschließende
Entbromierung mit Raneynickel wird 3ß,17a-Dihydroxy-5-pregnen-11,20-dion (V) in
70°/oiger Ausbeute für diese beiden Stufen erhalten. Dieses Material wird, um die
3ständige Hydroxylgruppe
zu schützen, mit 80°/oiger Ausbeute zu 3ß-Formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(VI) formyliert. Man sollte erwarten, daß durch Behandlung des Formiats mit einem
molaren Äquivalent Brom die 5(6)ständige Doppelbindung gesättigt würde, da im allgemeinen
Additionsreaktionen schneller verlaufen als Substitutionsreaktionen. Überraschend
wurde nun gefunden, daß diese erwartete Absättigung der Doppelbindung nicht in größerem
Maße stattfindet. Statt dessen erfolgt Substitution der 21ständigen Methylgruppe.
Es werden niedrigere Ausbeuten erhalten, wenn mehr als 1 Mol Brom zugesetzt wird,
daher soll überschüssiges Brom vermieden werden. Durch Behandeln des Bromierungsprodukts
mit Natriumjodid und anschließende gesonderte Behandlung mit Natrium- oder Kaliumacetat
wird der Diester 21-Acetoxy-3ß-formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion (VII) erhalten.
Durch Acetylierung dieser Verbindung entweder durch langes Erhitzen mit Essigsäureanhydrid
unter Rückfiuß oder durch 18stündige Behandlung mit einem Acetylierungskatalysator,
wie p-Toluolsulfonsäure oder Überchlorsäure, bei Zimmertemperatur wird 17a,21-Diacetoxy-3ß-formoxy-5-pregnen-11,20-dion
(VIII) erhalten. Bei der Isolierung tritt manchmal ein gewisser Verlust an Formiat
durch. Hydrolyse unter Bildung von 17a,21-Diacetoxy-3ß-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(IX) ein, was aber keinen Nachteil bedeutet, da sich sowohl die 3ß-ständige Hydroxyl-
als auch die 3ß-ständige Formoxylgrtippe dem schwach alkalischen Oppenauer-Reagenz,
Aluminiumisopropylat, gegenüber gleich verhalten und dasselbe 3-Keton bilden. Dieses
Produkt der Oppenauer-Oxydation des 3-Formiats oder der 3-Hydroxylverbindung oder
ihrer Gemische liefert das bekannte Cortison-17a,21-diacetat (X). Alle Verbindungen,
die bei diesen Umwandlungen dem Cortison-17a,21-diacetat vorangehen, sind neue,
vorher noch nicht beschriebene Verbindungen. Durch Hydrolyse von Cortison-diacetat
wird Cortison (XI), ein wichtiges Hormon von bekannter Verwendbarkeit, erhalten.
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Es wird bemerkt, daß im vorhergehenden und in den folgenden Beispielen
die Acetate nur beispielsweise genannt sind, es können auch andere niedere Alkanoylverbindungen,
wie die Propionate, u. dgl., in entsprechender Weise hergestellt werden.
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Beispiele a) Abbau von 11-Ketodiosgeninacetat In eine 250-ccm-Flasche
aus dickem Glas, die mit einem mit Draht befestigten, gasdichten Schliffstopfen
versehen war, wurden 14,5g 11-Ketodiosgeninacetat (I), 37 ccm Essigsäureanhydrid
und eine Spur Essigsäure gebracht. Der Flascheninhalt wurde 4 Stunden auf 180° C
erhitzt, gekühlt und mit 74 ccm Essigsäure und 6 ccm Wasser verdünnt. Danach wurde
gemäß dem in J. Am. Chem. Soc., 77, S. 5665 (1955), für den Abbau des Diosgeninacetats
beschriebenen Verfahren A 3ß-Acetoxy-5,16-pregnadien-11;20-dion (II) erhalten; 6,16
g, Schmp. 183 bis 186° C (aus Hexan); [a] ä5 = -1,7°; A' 234 m#t;
log E = 3,93. Die dabei erhaltenen Mutterlaugen
wurden auch verwendet,
da sie bei Behandlung gemäß Beispiel2 kristallines Epoxyd lieferten. Die Gesamtausbeute
an kristallinem Produkt betrug 55 Molprozent. C23 H30 04
Berechnet ........C
74,56,H 8,16; gefunden .......... C 74,36,H 8,33.
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Wenn das Produkt aus Methanol kristallisiert wurde, wurde 1 Molekül
Lösungsmittel an jedes Steroidmolekül durch Solvatation gebunden.
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b) 3ß-Acetoxy-16a,17a-epoxy-5-pregnen-11,20-dion 5,95g 3ß-Acetoxy-5,16-pregnedien-11,20-dion
wurden in 800 ccm Methanol bei 10°C gelöst, 5 ccm 30°/@ges Wasserstoffperoxyd und
2,3 ccm 4 n-Natriumhydroxyd zugesetzt und das Gemisch über Nacht aufbewahrt. Es
bildete sich ein kristalliner, wasserunlöslicher Niederschlag, der abfiltriert wurde.
Das Filtrat wurde mit einem gleichen Volumen Wasser verdünnt und eine neue Kristallausbeute
gebildet und abfiltriert. Das Filtrat wurde mit Chlorwasserstoffsäure neutralisiert
und gut mit Methylenchlorid extrahiert, das abgedampft wurde; es wurde ein glasiger
Rückstand erhalten. Alle Feststoffe wurden vereinigt und durch Lösen in 30 ccm Pyridin
und 10 ccm Essigsäureanhydrid und 3/4stündiges Erhitzen auf dem Dampfbad in Acetate
übergeführt. Nach Verdünnen mit Wasser und Abtrennung durch Ätherextraktion wurden
nach Umkristallisation aus Äthanol 5,1 g eines Produktes erhalten (84°/o Ausbeute).
Das Produkt wurde von 100 mg eines nicht identifizierten, äußerst schwer löslichen
Stoffes (Schmp. 318° C) abgetrennt, indem es in Äthylacetat gelöst, abfiltriert
und durch Eindampfen zur Trockne gebracht wurde. Das Produkt dieses Beispiels schmolz
bei 205 bis 206° C unter Bildung dichter Polyeder, die sich auf dem Kofler-Block
in brechende, tetragonale Prismen umwandelten; [a] 05 =
-f-14,8. C23
H30 Ob
Berechnet ........ C 71,48, H 7,82; gefunden ......... C 71,46,H 8,08.
Durch Verseifung mit 5°/@gem methanolischem Kaliumhydroxyd wurden 4,46 g 16a,17a-Epoxy-3ß-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(IV) mit einem Schmelzpunkt zwischen 111 und etwa 114° C (nach Umkristallisieren
aus Äthanol) erhalten.
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C21 H28 04
Berechnet ........ C 73,22,H 8,19; gefunden .. ..
... .. C 73,98,H 8,01.
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c) 3ß,17a-Dihydroxy-5-pregnen-11,20-dion Zu einer Lösung von 2,22
g 16a,17a-Epoxy-3ß-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion (IV) in 22 ccm Essigsäure wurden
4,3 ccm einer 40%igen Lösung von Bromwasserstoff in Essigsäure zugesetzt. Nachdem
das Reaktionsgemisch 25 Minuten gestanden hatte, wurde es in 140 ccm kaltes Wasser
gegossen und das ausgefallene Bromhydrin abfiltriert und an der Luft getrocknet.
10 g Raneynickel wurden mit 100 ccm Aceton unter Rückfluß erhitzt. 10 ccm Wasser,
2 ccm Essigsäure und das rohe Bromhydrin wurden zugesetzt und 4 Stunden gerührt
und unter Rückfluß erhitzt. Die Acetonlösung wurde dekantiert und im Vakuum zur
Trockne eingedampft. Durch Kristallisieren des Rückstandes aus Methylenchlorid und
Äthylacetat wurden 1,57 g (710/, Ausbeute) 3ß,17a-Dihydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(V) erhalten. Die Verbindung bildete dichte, polyedrische Kristalle, Schmp. 277
bis 278° C, die über 220° Lanzenformen annahmen; [a] 05 = -f-6° (Me
0 H). C211-1.0 04
Berechnet ........ C 72,80,H 8,73; gefunden . ...
.. . .. C 72,41, H 8,69.
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d) 3ß-Formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion Das vorstehend beschriebene
Diol (1,45g) wurde in 35 ccm 90°/olger Ameisensäure gelöst und 2 Stunden auf 65°
C erhitzt. Die Lösung wurde in ein großes Volumen kaltes Wasser gegossen, das Natriumchlorid
und Natriumformiat enthielt, und die ausgefällten Feststoffe wurden abfiltriert
und mit Wasser gewaschen. Durch Umkristallisieren aus Methanol wurde 3ß-Formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(VI), Schmp. 255 bis 260°C, als dicke Blättchen, die nach Umwandlung auf dem Kofler-Block
in dünne, sich teilweise überdeckende, das ganze Feld bedeckende Blättchen übergingen,
erhalten. Die Ausbeute betrug 80 %. e) 21-Acetoxy-3ß-formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
1,253 g (0,00334 Mol) des vorstehend beschriebenen Formiates wurden in 25 ccm trockenem
Methylenchlorid gelöst und die Lösung mit 13,32 ccm einer Lösung von Brom (0,00334
Mol) in 13,32 ccm Methylenchlorid behandelt. Die Lösung wurde durch Destillation
im Vakuum bei 30° C eingeengt, mit 1 °/oiger Natriumhydrogencarbonatlösung gewaschen,
und die Lösungsmittel wurden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wurde in 25 ccm Aceton
gelöst, und 2 g Natriumjodid wurden zugesetzt. Nachdem das Gemisch über Nacht gestanden
hatte, wurde es in eine kalte Lösung von 2 g Natriumthiosulfat in 70 ccm Wasser
gegossen. Der Niederschlag wurde abfiltriert und im Vakuum beiZimmertemperatur getrocknet,
wobei im wesentlichen 21-Jod-3ß-formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion erhalten
wurde. Die Jodverbindung wurde in 25 ccm trockenem Aceton gelöst, 2,5 g Kaliumacetat
wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde unter unter Rückfluß und Rühren 18 Stunden
erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde gekühlt, in Wasser gegossen und das Steroid
durch Extraktion mit Äther isoliert. Nach Abdampfen des Äthers im Vakuum wurde ein
farbloser fester Schaum erhalten. Durch Chromatographie dieses Materials und Elution
mit Chloroform wurden nur 540 mg des gewünschten kristallinen 21-Acetoxy-3ß-formoxy-17a-hydroxy-5-pregnen-11,20-dions
(VII) erhalten, Schmp. 192,5 bis 193,5° C, rote Schmelze; [a] -'05= -f-20,8°; aber
die bei der Elution unmittelbar nach dem kristallinen Material erhaltenen glasigen
Rückstände geben 100 mg des 17a-Acetoxyderivats (VIII), wenn sie, wie nachstehend
beschrieben, behandelt wurden. C24 H32 0 7
Berechnet ........ C 66,65, H 7,46;
gefunden ......... C 66,41,H 7,44. Verseifung des Diesters mit Alkali nach bekannten
Verfahren lieferte 3ß,17a-21-Trihydroxy-5-pregnen-11,20-dion. f) 17a,21-Diacetoxy-3ß-formoxy-5-pregnen-11,20-dion
99 mg der vorstehend unter e) beschriebenen 21-Acetoxyverbindung in 0,71 ccm Essigsäureanhydrid
wurden mit 31,5 mg p-Toluolsulfonsäure über Nacht bei Zimmertemperatur behandelt.
Durch Zersetzen mit Wasser wurde ein amorpher Feststoff erhalten, der bei Chromatographie
über Magnesiumsilikat 80 mg kristallisierbares Material lieferte. Das frühere, mit
Benzol eluierte 17a,21-Diacetoxy-3ß-formoxy-5-pregnen-11,20-dion (VIII), [a] ö5
= -f-40°, schmilzt unter Zersetzung von 228 bis 229° C, gelegentlich von 233 bis
235° C, und zeigt keine Hydroxyllande
im Infrarotspektrum, eine
breite vielfache ketoiische Bande und eine Reihe von Esterbanden bei 1237, .250
und 1260 cm-'. Das Chloroformeluat lieferte .7a,21-Diacetoxy-3ß-hydroxy-5-pregnen-11,20-dion
(IX), ;chmp. 203 bis 205°C; #a12 s = ;-83°, das infrarote 3ydroxylbanden
bei 3410 und 3500 cm-' (KBr-Scheibe) ind eine starke, scharfe Esterbande um 1258
cm-', zen-:riert mit einer schmalen Bande bei 1245 cm-i, zeigte. Vicht kristallisierbare
Rückstände der Mutterlauge wurden rufgehoben und der nachstehend beschriebenen Oppenmer-Oxydationsreaktion
unterworfen. Verbindung VIII für C28113408 Berechnet ........ C 65,80, H 7,22; gefunden
......... C 65,50, H 7,21.
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Verbindung IX für C25113407 Berechnet ........ C 67,24,H 7,68; gefunden
......... C 67,02,H 7,60. g) Cortison-17a,21-diacetat und Cortison 800 mg der nicht
kristallisierten Rückstände der nach f) erhaltenen Mutterlaugen, die im wesentlichen
aus einem Gemisch der 3-Hydroxy- und 3-Formoxylverbindungen bestehen, wurden in
25 ccm trockenem Toluol gelöst. 3 ccm Cyclohexanon und 840 mg Aluminiumisopropoxyd
wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde 3/4 Stunden unter Rückfluß erhitzt, gekühlt
und mit Wasser versetzt. Der Inhalt des Gefäßes wurde erhitzt, bis die organischen
Lösungsmittel überdestillierten, und der gummiartige Feststoff wurde durch Extraktion
mit Äther gesammelt. Durch Abdampfen des Äthers im Vakuum und Kristallisieren des
Rückstands aus Methanol wurden 400 mg C'ortison-17a,21-diacetat (X), Schmp. 220
bis 22l° C; h,n,nt'@ 238 mt,; E = 35 000, erhalten, das mit einer authentischen
Probe identisch war. Hydrolyse von Cortisondiacetat in 5°;oigem Natriumhydroxyd
in Methanol lieferte eine 800;oige Ausbeute an Cortison (XI), das mit einer authentischen
Probe identisch war. h) 200 mg kristallines 17a,21-Diacetoxy-3ß-formoxy-5-pregnen-11,20-dion
(VIII) in 20 ccm trockenem Toluol und 2 ccm Cyclohexanon wurden 45 Minuten unter
Rückfluß erhitzt. 100 ccm Wasser wurden zugesetzt, und das Zweiphasengemisch wurde
gekocht, bis alle organischen Lösungsmittel mit den Dämpfen entwichen waren. Der
Rückstand wurde als pastöse Masse durch Dekantieren des Wassers gesammelt. Durch
Kristallisieren aus Methanol wurde eine 75°/oige Ausbeute an Cortison-17a,21-diacetat
(X) erhalten.